Kolon Kromatografi

1. GİRİŞ VE AMAÇ Kromatografi; bir karışımın bileşenlerini, bunlara seçimsel ilgi gösteren iki ya da daha çok evreden oluşmuş sistemler arasında farklı göçlerine bakarak tanımak, gerektiğinde niceliklerini belirlemek amacıyla yapılan ve ayırma işlemine dayanan analitik yöntemdir. Kromatografi, bir karışımın gözenekli bir ortamda, hareketli bir çözücü etkisiyle, karışım bileşenlerinin farklı hareketleri sonucu birbirinden ayrılması olgusuna dayanır. Hareket eden faza hareketli faz, bahsedilen gözenekli ortama ise adsorban veya sabit faz denir. Kromatografi yardımıyla başka metotlarla birbirinden ayrılmaları çok zor ve hatta imkânsız olan maddeleri saf olarak ayırmak mümkündür Deneydeki amacımız, sıvı ürünün (katran) içerdiği hidrokarbonları ve polar bileşikleri ayırabilmek amacıyla çeşitli çözücüler kullanarak (n- pentan, benzen, metanol) sütun kromatografisi yöntemi ile fraksiyonlarına ayrılmasıdır.

1

2. KURAMSAL TEMELLER Kromatografi; laboratuarlarda pek çok organik ve anorganik maddenin tayininde (karbonhidrat, lipit, yağ asitleri, aminoasitler, proteinler ve türevleri, vitaminler) doping kontrollerinde, kanda, alkol ve zehirli gazların tespitinde, sentezlenen veya ayrıştırılan maddelerin saflıklarının kontrolünde başarıyla kullanılan bir metottur. Kromatografik çalışmaların ortak amacı; madde karışımlarını analitik veya preparatif amaçla birbirlerinden ayırmaktır ve kromatografik metotların bütün farklı modellerinde esas olan; hareketli (mobil) bir fazın, sabit (stasyoner, hareketsiz) yapıda bir faz içerisinden akması veya geçmesidir. Bütün kromatografik metotlar numune içerisindeki maddelerin sabit ve hareketli fazla etkileşimi sonucu ayrışmaları esasına dayanır. Bu ayrışmanın nedeni, maddelerin hareketli veya sabit faza olan farklı afiniteleridir. Kromatografi tekniğinin temelinde üç ana unsur yer alır. Sabit faz: Bu faz daima bir "katı" veya bir "katı destek üzerine emdirilmiş bir sıvı tabakasından" oluşur. Hareketli faz: Bu faz daima bir "sıvı" veya "gazdan" oluşur. Sabit faz, hareketli faz ve karışımında yeralan maddeler arasındaki etkileşimin türü: Kromatografide "yüzey tutunması veya adsorpsiyon" ile "çözünürlük" olguları temel etkileşim türlerini oluştururlar. Şayet basit faz bir "katı" ise, karışımdaki maddelerle sabit faz arasında "yüzey tutunması (adsorpsiyon)" etkileşimi gerçekleşir. Bir kantitatif analiz tekniği olan kromatografide ayırmayı etkileyen parametreler: Kolon ile ilgili olanlar; • Kolonun türü • Kolonun boyutları Hareketli faz ile ilgili olanlar; • Hareketli fazın türü • Hareketli fazın bileşimi • Hareketli fazın akış hızı Ölçüm ile ilgili olanlar; • Detektör türü • Dalga boyu vb Örnek ile ilgili olanlar • Örneğin derişimi • Örneğin hacmi Kromatografi 1897–1906 yıllarında ilk kez Doy ve Tswett tarafından geliştirildi Kromatografi terimi başlangıçta, örneğin bitkisel pigmentlerde olduğu gibi cisimleri renklerine göre ayırma işleminden kaynaklandı, ama zamanla uygulama alanı oldukça genişledi. Kromatografi günümüzde son derece duyarlı ve etkin bir ayırma yöntemi olarak kabul edilmektedir.

2

Kromatografi Sıvı Kromatografisi

Gaz Kromatografisi Adsorpsiyon kromatografi (sıvı-katı)

Gaz-sıvı kromatografisi (Durgun faz: sıvı)

Partitisyon kromatografi (sıvı-sıvı)

Gaz-katı kromatografisi (Durgun faz: katı)

İyon Değişimi kromatografi

Jel filtrasyon kromatografi

Şema–1 Kromatografi Çeşitleri

2.1. ADSORPSİYON (SIVI-KATI) KROMATOGRAFİSİ Ayrılacak bileşenlerin sabit katı faz üzerinde tersinir olarak adsorblanmaları esasına dayanır. Burada hareketli faz, adsorban üzerinde sıvı olarak hareket eder. Bileşenler birbirlerinden katı yüzeye olan farklı derecede ilgileri nedeniyle ayrılırlar. Adsorpsiyon denge sabiti büyük olan bileşen yüzeyde daha uzun kalırken, küçük olan daha kısa sürede kalmakta, hiç adsorplanmayan bileşen ise kolonda hiç geciktirilmeden hareketli faz ile taşınarak dışarı çıkmaktadır. Yüzeye adsorplanan bileşenler ise yüzeyle etkileşmelerine bağlı olarak farklı kalma sürelerinde kolonu terk etmektedir. Adsorpsiyon kromatografisi de sabit faz olarak adsorplama yapabilecek bir katı kullanılır. En çok kullanılan yüzeyleri polar sabit fazlar alümina ve silikajeldir. Sabit faz olarak genellikle polar katılar kullanıldığından, hareketli faz olarak apolar veya çok az polar sıvılar kullanılır; benzen, oktan, kloroform gibi. Ayrılacak bileşenin sabit fazla etkileşmesi dipol-dipol çekmeleri, Van Der Waals kuvvetleri veya hidrojen bağları sonucunda gerçekleşir. Adsorpsiyon kromatografisi, polarlıkları farklı bileşenlerden oluşan karışımların ayrılmasında iyi sonuç verir.

Şekil-1 Kolon Kromotgrafisi

3

2.2. PARTİTİSYON (SIVI-SIVI) KROMATOGRAFİSİ Bu kromatografi türünde ayrılacak bileşenin, durgun sıvı ile çözücü arasındaki dağılma oranı ayrılmanın ne kadar başarılı olacağını belirler. Bu nedenle dağılma kromatografisi olarak da adlandırılır. Destek katısı üzerine kaplanan bir sıvı sabit fazı oluşturur, diğer sıvı da hareketli fazı oluşturur: Bu kromatografi, bu iki sıvı fazda çözünürlüğü farklı olan her bileşeni ayırmada kullanılabilir. Ayırma, bileşenin iki fazdaki dağılma oranına göre gerçekleşir. Burada sabit faz ve hareketli faz karışmamalı ve birbirlerini çözmemelidir. Durgun fazda çözünürlüğü yüksek olan bileşenler kolonda uzun süre kalırken, çözünürlüğü düşük olanlar daha kısa süre kalır. Sabit faz ayrılacak bileşen için iyi bir çözücü, fakat hareketli faz için kötü bir çözücüdür; yani iki fazın polarlıkları farklı olmalıdır

2.3. JEL-FİLTRASYON KROMATOGRAFİSİ Kimyasal olarak inert olması gereken katı faz, bir jel ya da gözenekli bir organik bileşiktir. Hareketli faz katı gözeneklerini doldurmuştur. Ayırma, örnek bileşenlerinin molekül büyüklüklerine göre olur. En içteki gözeneklere ulaşabilen küçük moleküllü bileşenler, kolonda uzun süre kalırken, büyük moleküllüler daha kısa süre kalırlar.

2.4. İYON DEĞİŞİMLERİ KOLON KROMATOGRAFİSİ İyon değişimi, katı maddede bulunan, değişebilen iyonlarla, çözeltide bulunan aynı yüklü iyonların değiştirilmesidir. —İnorganik iyon değiştiriciler: En çok kullanılanları zeloit denilen silikat yapılardır(Na2, Al2, Si4, O12). Örneğin; Na değişebilir iyon çözeltide bulunan Mg+2, Mn+2, Fe+2 ile yer değiştirir. —Organik iyon değiştiriciler: anyon değiştirici ve katyon değiştirici reçineler olarak ikiye ayrılır. Sabit yük (-) ise katyon değiştirici, yapıda sabit yüklü grup (+) ise anyon değiştirici reçinedir. Na Katyon Değişimi: Mg+2

SO4 Ca+2

Mg+2

(HCO3)2 Cl2

(HCO3)2

+ 2NaR

R2 +Na2 SO4 Ca+2

Cl2

İyon değiştirme kromatografisiyle, ayrılmaları çok güç olan bazı iyonları ve asitleri birbirinden ayırmak mümkündür. Karışımdaki maddelerin ayrılması için önce bütün maddeler hareketsiz bir (sabit) faz oluşturan reçineye bağlatılır, sonra her bir iyon türü ortamdan elue edilerek ayrılır. Her bir iyonun elektriksel özellikleri(pH ve iyonik kuvvet gibi) birbirinden farklı olduğu için kolonu farklı zamanlarda terk ederler.

4

2.5. KAĞIT KROMATOGRAFİSİ Sıvı-sıvı kromatografisinin farklı bir şeklidir. Burada hareketli faz sıvı, sabit faz kağıt üzerine emdirilmiş sıvıdır. —Normal sıvı kromatografisi: Sabit faz selüloz tarafından tutulmuş sudur. —Zıt faz kağıt kromatografisi. Su yerine likit parafin, silikon yağı, formomid vb. kullanılır. Sabit faz hidrofobik sabit fazdır. Genellikle kalitatif amaç için kullanılır. İstenirse yarı kantitatif tayin yapılabilir. Kağıt kromatografisinin kullanım alanları: Gıda analizinde(baharatlarda fenol analizinde, katkı maddesi teşhisinde, bitkisel yağlara koza yağının katılıp katılmadığı tespitinde), ziraatta tarımsal ürünlerde ilaç artığı analizinde, meyve suyu analizinde(organik asitlerin varlığı analizinde).

DOLGU MADDELERİNİN ÖZELLİKLERİ 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Kullanılan çözücü içersinde çözülmemeli Uygun (yüksek) adsorpsiyon kapasitesine sahip olmalı Belli tanecik boyutunda olmalı, uniform olmamalı İnert olmalı Beyaz olmalı, renkli madde ayrımı için Çözücünün uygun hızda hareket etmesine engel olmamalı

5

3. DENEYİN YÖNTEMİ 3.1. DENEYİN YAPILIŞI Deneyimizde şeker küspesinden piroliz ile elde ettiğimiz sıvı ürünün içerdiği hidrokarbonları ve polar bileşikleri ayırabilmek için sütun kromatografisini kullandık. Deneyde öncelikle 70–230 mesh parçacık boyutundaki silika jeli 600oC de 8 saat aktive edip, alüminyum folyo ile kapatılıp desikatör içerisine yerleştirdik. Piroliz sıvısından 1gr numune alarak 24 saat önce bu ürün için belirlediğimiz npentan içerisinde çözmeye bıraktık. 24 saat sonra n-pentan içerisinde çözünen kısın ayrılır. Çözünmeyen kısmın ağırlık yüzdesini hesapladık. Çözünen kısımdan da çözücüyü tamamen uzaklaştırıp tarttık ve ağırlık yüzdesini hesapladık. Sütun olarak 100 ml. lik bir büret aldık ve en alt kısmına cam yünü yerleştirdik. Üzerine sabit faz olarak silika jeli hava kabarcıkları oluşturmayacak şekilde yerleştirdik. Silika jeli bürete rahat ve hava kabarcıkları oluşmasın diye yerleştirirken n-pentanla sıkıştırdık. Üzerine n-pentanda çözünen kısmı silika jel ile karıştırarak sütuna ekledik. Polariteye bağlı olarak eulatropik seriye göre belirlediğimiz çözücülerden sırasıyla 150ml olmak üzere n-pentan, toluen ve metanol geçirdik. Sütundan sırasıyla alifatik hidrokarbonlar, aromatik hidrokarbonlar, eterler, esterler, toluen eluatı ve son olarak da polar bileşikleri(metanol eluatı) aldık Fotoğraf–1 Sütun Kromatografisi

3.2. DENEY VERİLERİ Kolon kromatografisinde elde edilen veriler; Katran miktarı (g)

0,98g

n-pentanda çözünenler (g)

0,42g

Asfaltenler (g)

0,56g

n-pentan eluatı (g)

0,027g

Toluen eluatı (g)

0,13g

6

Metanol eluatı (g)

0,26g Tablo 2 - Kolon kromatografisinde elde edilen veriler

4. DENEY SONUÇLARI 4.1. SONUÇLAR VE HESAPLAMALAR 4.1.1 YAZILI SONUÇLAR: % Asfalten miktarı=

0,56 x100 = % 57,14 0,98

% n-Pentanda Çözünenler=

% n-Pentan eluatı=

% Toluen eluatı=

0.42 x100 = % 42,86 0,98

0.027 x100 = % 6,43 0,42

0.13 x100 = % 30,95 0,42

% Metanol eluatı=

0.26 x100 = % 61,90 0,42

4.1.2. ÇİZELGELER VE ŞEKİLLER: % n-pentanda çözünenler

42,86

% Asfaltenler

57,16

% n-pentan eluatı

6,43

% Toluen eluatı

30,95

% Metanol eluatı

61,90 Tablo 3 -Deney Sonuçları

4.2. DENEY SONUÇLARININ TARTIŞILMASI: Yapmış olduğumuz deneyde katranın içinde bulunan asfaltenleri, n-pentan, toluen ve metanol bileşiklerini sıvı-katı kolon kromatografisi yöntemini kullanarak ayırdık. Ve bunların %’delerini bulduk. Yapmış olduğumuz bu deneye göre n-pentanda çözünenlerin içimde en fazla miktarda metanol, sonra toluen ve en son olarak da n-pentan olduğunu gördük.

7

Elde ettiğimiz verilerden n-pentanda çözünenlerin toplamı 0.42g olması gerekirken 0,417g’dır. Bunun nedeni katranın içerisinde n-pentan, toluen ve metanol çözücülerinin çözemediği, çok az miktarda başka bileşiklerin var olmasıdır.

5. DENEYİN ELEŞTİRİSİ VE ÖNERİLER Deneyin yapılışında tüm aşamaların izlenememesi gözlem kısıtlamasına yol açmaktadır. Bunun için zaman sorununun bir şekle ortadan kaldırılması gerekir. Yaptığımız bu deney çok hassas çalışmalar gerektirmektedir. Ölçümler çok dikkatli yapılmalı ve bileşiklerine ayrışırken bir bileşikten diğerine çok az da olsa geçişine izin verilmemelidir. Yapmış olduğumuz ölçümlerin hassasiyeti nedeniyle hatalar oluşmuş olabilir. Bu deneyle (kromatografi yardımıyla) başka metotlarla ayrılması çok zor ve hatta imkansız olan maddeleri, saf olarak ayırmak mümkün olduğundan oldukça yararlı bir yöntemdir.

8

6.KAYNAKLAR •

Gündüz, T., 2004, “İnstrümental Analiz”, 7. Baskı, Gazi Kitabevi, Ankara.

•

Laboratuar Föyü

•

Çelik, M:, 2003

http://www.kimyasanal.net/konugoster.php?yazi=lf18fh31b9 •

Wikipedia, Özgür Ansiklopedi,2009

http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Kromatografi&oldid=4930904 (11 Mart 2009)

9